Comme le savent tous ceux qui ont déjà lissé leurs cheveux, l'eau est l'ennemie.Les cheveux minutieusement lissés par la chaleur rebondiront en boucles dès qu'ils toucheront l'eau.Pourquoi?Parce que les cheveux ont une mémoire de forme.Ses propriétés matérielles lui permettent de changer de forme en réponse à certains stimuli et de reprendre sa forme d'origine en réponse à d'autres.
Et si d'autres matériaux, notamment les textiles, possédaient ce type de mémoire de forme ?Imaginez un t-shirt avec des fentes de refroidissement qui s'ouvrent lorsqu'ils sont exposés à l'humidité et se ferment lorsqu'ils sont secs, ou des vêtements à taille unique qui s'étirent ou se rétrécissent aux mesures d'une personne.
Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un matériau biocompatible qui peut être imprimé en 3D dans n'importe quelle forme et préprogrammé avec une mémoire de forme réversible.Le matériau est fabriqué à partir de kératine, une protéine fibreuse présente dans les cheveux, les ongles et les coquillages.Les chercheurs ont extrait la kératine des restes de laine Agora utilisée dans la fabrication textile.
La recherche pourrait contribuer à l'effort plus large de réduction des déchets dans l'industrie de la mode, l'un des plus gros pollueurs de la planète.Déjà, des designers tels que Stella McCarthy réinventent la façon dont l'industrie utilise les matériaux, y compris la laine.
"Avec ce projet, nous avons montré que non seulement nous pouvons recycler la laine, mais que nous pouvons construire des choses à partir de la laine recyclée qui n'ont jamais été imaginées auparavant", a déclaré Kit Parker, professeur de bioingénierie et de physique appliquée de la famille Tarr à SEAS et senior auteur du papier.« Les implications pour la durabilité des ressources naturelles sont claires.Avec la protéine de kératine recyclée, nous pouvons faire autant, voire plus, que ce qui a été fait jusqu'à présent par la tonte des animaux et, ce faisant, réduire l'impact environnemental de l'industrie du textile et de la mode.
La recherche est publiée dans Nature Materials.
La clé des capacités de changement de forme de la kératine est sa structure hiérarchique, a déclaré Luca Cera, stagiaire postdoctoral à SEAS et premier auteur de l'article.
Une seule chaîne de kératine est disposée en une structure semblable à un ressort appelée hélice alpha.Deux de ces chaînes se tordent pour former une structure connue sous le nom de bobine enroulée.Beaucoup de ces bobines enroulées sont assemblées en protofilaments et éventuellement en grosses fibres.
"L'organisation de l'hélice alpha et des liaisons chimiques conjonctives confère au matériau à la fois résistance et mémoire de forme", a déclaré Cera.
Lorsqu'une fibre est étirée ou exposée à un stimulus particulier, les structures en forme de ressort se déroulent et les liaisons se réalignent pour former des feuillets bêta stables.La fibre reste dans cette position jusqu'à ce qu'elle soit déclenchée pour reprendre sa forme d'origine.
Pour démontrer ce processus, les chercheurs ont imprimé en 3D des feuilles de kératine dans une variété de formes.Ils ont programmé la forme permanente du matériau - la forme à laquelle il reviendra toujours lorsqu'il sera déclenché - à l'aide d'une solution de peroxyde d'hydrogène et de phosphate monosodique.
Une fois la mémoire définie, la feuille pouvait être reprogrammée et moulée dans de nouvelles formes.
Par exemple, une feuille de kératine a été pliée en une étoile origami complexe comme forme permanente.Une fois la mémoire fixée, les chercheurs ont plongé l'étoile dans l'eau, où elle s'est déployée et est devenue malléable.De là, ils ont roulé la feuille dans un tube étanche.Une fois sèche, la feuille a été verrouillée en tant que tube entièrement stable et fonctionnel.Pour inverser le processus, ils ont remis le tube dans l'eau, où il s'est déroulé et replié en une étoile en origami.
"Ce processus en deux étapes d'impression 3D du matériau puis de définition de ses formes permanentes permet la fabrication de formes vraiment complexes avec des caractéristiques structurelles jusqu'au niveau du micron", a déclaré Cera."Cela rend le matériau adapté à une vaste gamme d'applications, du textile à l'ingénierie tissulaire."
"Que vous utilisiez des fibres comme celle-ci pour fabriquer des soutiens-gorge dont la taille et la forme des bonnets peuvent être personnalisées au quotidien, ou que vous essayiez de fabriquer des textiles d'actionnement pour la thérapeutique médicale, les possibilités du travail de Luca sont vastes et passionnantes", a déclaré Parker."Nous continuons à réinventer les textiles en utilisant des molécules biologiques comme substrats d'ingénierie comme ils n'ont jamais été utilisés auparavant."
Heure de publication : 21 septembre 2020